前言
在之前的文章中我們使用輪詢的方式來讀取目前的按鈕狀態，但這種方式的效率不是很好，在需要讀取按鈕狀態等情況下，我們可以使用外部中斷（External Interrupt，EXTI），讓 CPU 可以去忙其它事情，等到按鈕被按下時會產生中斷事件，才去執行按鈕被按下時要處理的事。
這次要我們的目標功能是每次按下按鈕後，LED 的閃爍速度就會變化。
正文
首先一樣以 Nucleo-F446RE 做示範。
首先建立一個 PIO 的專案，選擇 Framework 爲「libopencm3」，並在 src/ 資料夾中新增並開啓 main.c 檔案。
完整程式
1/**
2 * @file main.c
3 * @brief EXTI example for STM32 Nucleo-F446RE.
4 */
5
6#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
7#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
8#include <libopencm3/stm32/exti.h>
9#include <libopencm3/cm3/nvic.h>
10
11/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
12#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
13#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
14#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)
15
16/* User button (B1) connected to PC13. */
17#define RCC_BUTTON_GPIO (RCC_GPIOC)
18#define GPIO_BUTTON_PORT (GPIOC)
19#define GPIO_BUTTON_PIN (GPIO13)
20#define EXTI_BUTTON_SOURCE (EXTI13)
21#define NVIC_BUTTON_IRQ (NVIC_EXTI15_10_IRQ)
22
23#define DELAY_VALUE_A ((uint32_t)500000)
24#define DELAY_VALUE_B ((uint32_t)200000)
25
26uint32_t delay_value = DELAY_VALUE_A;
27
28static void delay(uint32_t value)
29{
30 for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
31 {
32 __asm__("nop"); /* Do nothing. */
33 }
34}
35
36static void led_setup(void)
37{
38 /* Set LED pin to output push-pull. */
39 gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_LED_PIN);
40 gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_LED_PIN);
41}
42
43static void button_setup(void)
44{
45 /* Set button pin to input floating. */
46 gpio_mode_setup(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_BUTTON_PIN);
47
48 /* Set up interrupt. */
49 nvic_enable_irq(NVIC_BUTTON_IRQ);
50 exti_select_source(EXTI_BUTTON_SOURCE, GPIO_BUTTON_PORT);
51 exti_set_trigger(EXTI_BUTTON_SOURCE, EXTI_TRIGGER_FALLING);
52 exti_enable_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);
53}
54
55static void rcc_setup(void)
56{
57 rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
58 rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);
59 rcc_periph_clock_enable(RCC_SYSCFG); /* For EXTI. */
60}
61
62int main(void)
63{
64 rcc_setup();
65 led_setup();
66 button_setup();
67
68 while (1)
69 {
70 gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
71 delay(delay_value);
72 }
73 return 0;
74}
75
76/**
77 * @brief EXTI15~10 Interrupt service routine.
78 * @note User button pressed event.
79 */
80void exti15_10_isr(void)
81{
82 if (exti_get_flag_status(EXTI_BUTTON_SOURCE)) /* Check EXTI line. */
83 {
84 exti_reset_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);
85
86 if (delay_value == DELAY_VALUE_A)
87 {
88 delay_value = DELAY_VALUE_B;
89 }
90 else
91 {
92 delay_value = DELAY_VALUE_A;
93 }
94 }
95}
分段說明
Include
1#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
2#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
3#include <libopencm3/stm32/exti.h>
4#include <libopencm3/cm3/nvic.h>
除了基本的 rcc.h 和 gpio.h 外，還要引入 exti.h 與 nvic.h。
exti.h 當然就是包含了 EXTI 的各種函式。nvic.h 是嵌套向量中斷控制器（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC），這是一個 ARM Cortex-M 中負責處理中斷的控制器，有用到中斷的話都會需要它。
注意是
libopencm3/cm3/nvic.h，而不是libopencm3/stm32/nvic.h。
設定腳位
1/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
2#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
3#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
4#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)
5
6/* User button (B1) connected to PC13. */
7#define RCC_BUTTON_GPIO (RCC_GPIOC)
8#define GPIO_BUTTON_PORT (GPIOC)
9#define GPIO_BUTTON_PIN (GPIO13)
10#define EXTI_BUTTON_SOURCE (EXTI13)
11#define NVIC_BUTTON_IRQ (NVIC_EXTI15_10_IRQ)
這次處理要定義 RCC 與腳位外，還一併設定了按鈕的 IRQ 與 EXTI 來源。因爲按鈕是 PC13，所以 IRQ 是 NVIC_EXTI15_10_IRQ，它負責處理 EXTI 15 ~ 10，而我們實際會觸發的是 EXTI13。
設定中斷
1static void button_setup(void)
2{
3 /* 省略部分程式 */
4
5 /* Set up interrupt. */
6 nvic_enable_irq(NVIC_BUTTON_IRQ);
7 exti_select_source(EXTI_BUTTON_SOURCE, GPIO_BUTTON_PORT);
8 exti_set_trigger(EXTI_BUTTON_SOURCE, EXTI_TRIGGER_FALLING);
9 exti_enable_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);
10}
nvic_enable_irq()：致能指定的 IRQ。exti_select_source()：選擇 EXTI 的來源。exti_set_trigger()：設定觸發方式。這裡使用的是EXTI_TRIGGER_FALLING，即負緣觸發，還可以選擇EXTI_TRIGGER_RISING（正緣觸發）或EXTI_TRIGGER_BOTH（正/負緣都觸發）。exti_enable_request()：致能 EXTI IRQ。
中斷服務程式 ISR
1/**
2 * @brief EXTI15~10 Interrupt service routine.
3 * @note User button pressed event.
4 */
5void exti15_10_isr(void)
6{
7 if (exti_get_flag_status(EXTI_BUTTON_SOURCE)) /* Check EXTI line. */
8 {
9 exti_reset_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);
10
11 if (delay_value == DELAY_VALUE_A)
12 {
13 delay_value = DELAY_VALUE_B;
14 }
15 else
16 {
17 delay_value = DELAY_VALUE_A;
18 }
19 }
20}
exti_reset_request() 可以用來清除 IRQ flag。
由於 EXTI 15 ~ 10 共用一個 ISR，所以還要再用 exti_get_flag_status() 來讀取 EXTI_PR 暫存器的值，以確定目前是哪一個 EXTI Line 被觸發。
在 LibOpenCM3 中，各個功能的 ISR 函式名稱是固定的，如果打錯的話就無法正常執行。完整的 STM32F4 系列的 ISR 列表在此。
RCC
1static void rcc_setup(void)
2{
3 rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
4 rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);
5 rcc_periph_clock_enable(RCC_SYSCFG); /* For EXTI. */
6}
比較要注意的是，RCC 除了 GPIO Port 外，還要致能 RCC_SYSCFG，否則 EXTI 不會工作。
多環境程式（F446RE + F103RB）
由於 STM32F1 的部分函式不同，所以 F103RB 沒辦法直接使用上面的 F446RE 的程式。
以下列出主要的差異部分，也就是 RCC 與 GPIO 的部分。完整的程式請看 GitHub repo。
1static void rcc_setup(void)
2{
3 rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
4 rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);
5
6 /* For EXTI. */
7#if defined(STM32F1)
8 rcc_periph_clock_enable(RCC_AFIO);
9#else
10 rcc_periph_clock_enable(RCC_SYSCFG);
11#endif
12}
1static void led_setup(void)
2{
3 /* Set LED pin to output push-pull. */
4#if defined(STM32F1)
5 gpio_set_mode(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ, GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL, GPIO_LED_PIN);
6#else
7 gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_LED_PIN);
8 gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_LED_PIN);
9#endif
10}
1static void button_setup(void)
2{
3 /* Set button pin to input floating. */
4#if defined(STM32F1)
5 gpio_set_mode(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_CNF_INPUT_FLOAT, GPIO_BUTTON_PIN);
6#else
7 gpio_mode_setup(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_BUTTON_PIN);
8#endif
9
10 /* 省略部分程式 */
11}
小結
這次簡單介紹了 EXTI 的實際程式。中斷是很基本也實用的功能，而外部中斷 EXTI 也是中斷中比較單純且常用的，希望大家看完後也會使用 EXTI 了。
實際上 STM32 的中斷還要許多細節我沒寫到，因爲本篇主要還是希望大家可以最快速入門，因此就先省略了。
參考資料
- libopencm3/libopencm3-examples
- platformio/platform-ststm32
- STM32F446RE datasheet (DS10693)
- STM32F103RB datasheet (DS5319)
- STM32 Nucleo-64 board user manual (UM1724)
本文的程式也有放在 GitHub 上。
本文同步發表於 iT 邦幫忙-2022 iThome 鐵人賽。
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